高速公路路基設(shè)計(jì)中相關(guān)技術(shù)問(wèn)題分析

劉宏偉，李勝華

(重慶市設(shè)計(jì)院，重慶 400015)

1 工程概況

崇州市沿山抗災(zāi)快速通道工程位于四川盆地西北崇州市，起于崇州市三郎鎮(zhèn)四公樁，與川西旅游環(huán)線相交，終點(diǎn)為白頭鎮(zhèn)，接成溫邛高速公路白頭鎮(zhèn)立交連接線。該公路設(shè)計(jì)速度為60 km/h，路基寬度為14.5 m，路線全長(zhǎng)34.974 km，行車(chē)道、硬路肩橫坡采用2%，土路肩橫坡采用4%。沿線地形、地貌、地質(zhì)、水文、氣象等自然條件復(fù)雜，對(duì)于路基設(shè)計(jì)有極大的難度。

2 路基總體設(shè)計(jì)原則

路基設(shè)計(jì)根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的實(shí)際情況，充分收集沿線地形、地貌、地質(zhì)、水文、氣象、地震等基礎(chǔ)資料，并在深入分析研究的基礎(chǔ)上，采取因地制宜、就地取材的原則，在充分考慮采用機(jī)械化施工方法、應(yīng)用新技術(shù)、新材料、新工藝，并結(jié)合地形地質(zhì)條件、路基填挖高度、環(huán)境景觀等選擇適當(dāng)?shù)穆坊鶛M斷面形式及邊坡坡率，進(jìn)行路基排水、防護(hù)、棄土、取土等的綜合設(shè)計(jì)，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)及水土保持工作。

2.1 填方路基設(shè)計(jì)

2.1.1 填方高度控制

根據(jù)鉆探資料，沿線地下水埋深一般在0.5～3.0 m，為確保土基處于干燥或中濕狀態(tài)，借鑒成都地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合沿線溝渠排灌，路基最小填土高度一般不小于1.5 m。

2.1.2 填方斷面形式

填方高度小于11 m 時(shí)，采用一坡到底，邊坡率為1∶1.5;當(dāng)路基填方高度大于11 m 時(shí)，第一級(jí)填高為8 m，邊坡率為1∶1.5，第二級(jí)填高為10 m，邊坡率為1∶1.75，第一、二級(jí)之間設(shè)邊坡平臺(tái)一道，以下填高每隔10 m 設(shè)一道邊坡平臺(tái)，邊坡坡率均為1∶1.75。填方邊坡平臺(tái)寬度為1.5m，外傾坡率3%。

2.1.3 地表處理

地表橫坡緩于1∶5 時(shí)，應(yīng)清除草皮、耕植土及松軟土等;在地面自然橫坡陡于1∶5 的斜坡上修筑路堤時(shí)，路堤基底應(yīng)在原地表基巖上挖臺(tái)階，臺(tái)階寬度不小于2 m，并形成2%～4%向內(nèi)傾斜的坡度。當(dāng)?shù)叵滤绊懧返痰姆€(wěn)定性時(shí)，應(yīng)攔截、引排地下水或在路堤底部填筑透水性好的材料。地基表面應(yīng)碾壓密實(shí)，碾壓后的壓實(shí)度應(yīng)不小于90%。經(jīng)過(guò)水(魚(yú))塘路段，采用排水、清淤、拋填片石等方式處理。

2.2 挖方路基設(shè)計(jì)

挖方路基設(shè)計(jì)主要考慮邊坡穩(wěn)定、土石方平衡、與周?chē)匀痪坝^相協(xié)調(diào)等因素進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。盡可能的減少高填、深挖路段，最大限度的增加邊坡綠化以保護(hù)自然環(huán)境，且應(yīng)進(jìn)行植物防護(hù)，恢復(fù)生態(tài)，與周?chē)h(huán)境相協(xié)調(diào)。

挖方邊坡的穩(wěn)定受地貌、氣候、水文、工程地質(zhì)等自然因素及施工方法、排水系統(tǒng)、防護(hù)工程等人為因素的影響。穩(wěn)定性設(shè)計(jì)主要從邊坡坡率、邊坡形式、防護(hù)工程入手，參照規(guī)范有關(guān)規(guī)定和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)邊坡勘察揭示的巖土類(lèi)別、巖性、風(fēng)化程度等，采用工程地質(zhì)類(lèi)比法和力學(xué)驗(yàn)算法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2.1 土質(zhì)路塹邊坡

當(dāng)土質(zhì)為殘坡積層時(shí)，路塹邊坡坡率可采用1∶1;如果挖方邊坡上有水田時(shí)，坡率采用1∶1.25;如果因地形限制需采用陡坡時(shí)，需增加防護(hù)工程。

2.2.2 巖質(zhì)路塹邊坡

巖質(zhì)邊坡主要受節(jié)理控制，開(kāi)挖后容易產(chǎn)生掉塊、垮塌。

泥巖邊坡坡率考慮自身穩(wěn)定和與環(huán)境相協(xié)調(diào)，一般取0.75～1.1，個(gè)別因地形限制可考慮采用1∶0.5，根據(jù)邊坡自身情況考慮是否設(shè)防護(hù)。

3 特殊路基設(shè)計(jì)

3.1 高填深挖路基設(shè)計(jì)

公路設(shè)計(jì)中路基穩(wěn)定性安全至關(guān)重要，特別是高填深挖地段，該路段地形地質(zhì)條件復(fù)雜，是塌方沉降事故的高發(fā)地段。對(duì)于高填方區(qū)域，為了保證路堤穩(wěn)固，通常將路肩加寬1.0 m，在路肩下10～20 m 高度設(shè)置邊坡平臺(tái)，并在邊坡內(nèi)側(cè)每隔一定間距鋪設(shè)一層土工網(wǎng)，且同時(shí)做好邊坡種草籽防護(hù)。在護(hù)坡腳也應(yīng)設(shè)置漿砌片石腳墻。對(duì)于深挖區(qū)域，主要采用逐級(jí)放坡形式，且嚴(yán)格控制放坡坡率，總體上按高程控制，下部為路塹擋土墻，上部為植被護(hù)坡防護(hù)。

3.2 不良地質(zhì)路段路基設(shè)計(jì)

不良地質(zhì)路段只要根據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果進(jìn)行確定，公路設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的不良地質(zhì)主要為軟弱土。

軟弱土主要分布在平原區(qū)及丘陵區(qū)溝谷水田段，表層一般分布種植土厚0.2～0.5 m，結(jié)構(gòu)疏松，有機(jī)質(zhì)含量高，土體變形大，難以壓實(shí);種植土下分布黃褐色粘土，結(jié)構(gòu)稍密，厚度1～4 m，粘土下為卵石土。由于長(zhǎng)期浸水，軟塑狀粘土承載力低，一般70～100 kPa。路基填筑后，軟塑狀填土容易產(chǎn)生較大變形影響路基穩(wěn)定，所以需進(jìn)行處理。對(duì)于線路經(jīng)過(guò)水塘淤泥段，一般采用拋石擠淤處理;水田段軟弱土厚度小于4 m 的采用換填處理，厚度超過(guò)4 m 采用碎石樁處理。

3.3 斜坡路基及填挖交界

3.3.1 斜坡路基

對(duì)地面橫坡陡于1∶5 的，沿路基垂直方向開(kāi)挖臺(tái)階，臺(tái)階寬不小于2.0 m，臺(tái)階做成向內(nèi)傾斜4%的坡度。橫坡陡于1∶3.5 緩于1∶2.5 除挖臺(tái)階外，還在斜坡段加土工格柵，一般從底部加起，每一米一層，至原始邊坡坡度小于1∶3.5為止。對(duì)于斜坡陡于1∶2.5 的段落，根據(jù)對(duì)項(xiàng)目沿線的巖土參數(shù)，進(jìn)行滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算，穩(wěn)定性偏低的，在坡腳或路肩處設(shè)置擋墻，以確保路基的穩(wěn)定。設(shè)置擋墻路段只沿路基方向開(kāi)挖臺(tái)階，不再設(shè)置土工格柵。

3.3.2 橫向半填半挖

在地面自然橫坡陡于1∶5 的半填半挖段，路堤基底應(yīng)挖臺(tái)階，臺(tái)階寬不小于2m，并設(shè)2%～4%內(nèi)傾橫坡，填方側(cè)用砂卵石填筑。設(shè)兩層土工格柵，第一層位于上路床底部，第二層位于下路床底部。

3.3.3 縱向填挖交界

縱向填挖交界處應(yīng)設(shè)置過(guò)渡段，過(guò)渡段采用級(jí)配較好的礫(角礫)類(lèi)土、砂類(lèi)土、卵石填筑，過(guò)渡段長(zhǎng)度10 m。對(duì)地面自然橫坡陡于1∶5 的斜坡須開(kāi)挖成向內(nèi)傾斜2%～4%的反向臺(tái)階，臺(tái)階寬度不得小于2.0 m，設(shè)兩層土工格柵，第一層位于上路床底部，第二層位于下路床底部。

填挖交界處需采用重型震動(dòng)壓路機(jī)碾壓處理，以確保達(dá)到路基所要求的壓實(shí)度，壓實(shí)遍數(shù)根據(jù)填料及震動(dòng)碾型號(hào)通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。

3.4 橋頭路基及臺(tái)背回填

為了減少路基在構(gòu)造物兩側(cè)產(chǎn)生不均勻沉降，提高車(chē)輛行駛的舒適性，需對(duì)橋涵構(gòu)造物臺(tái)背進(jìn)行換填處理，通常采用填筑后沉降變形較小的砂卵石土填筑，砂卵石中卵石含量不下于70%，壓實(shí)度不小于95%。

3.5 低填淺挖及土質(zhì)路塹

凡填方高度小于1.5 m 的路段視為零填路基，對(duì)零填路基及土質(zhì)路塹，路床范圍(即路面底面以下0～80 cm)填料或土體必須認(rèn)真處理，當(dāng)土層最小強(qiáng)度CBR 滿足規(guī)范要求且含水量適度時(shí)，可采取翻挖后壓實(shí)處理。當(dāng)土層含水量較大時(shí)，可通過(guò)開(kāi)溝排水，翻挖晾曬或換填砂卵石土后壓實(shí)處理。當(dāng)土層最小強(qiáng)度CBR 不能滿足要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行換填，處理后上、下路床壓實(shí)度均不得小于95%。

4 路基填料及路基壓實(shí)

4.1 填料來(lái)源

路基填料通常采用因地制宜、就地取材的原則，可利用路基挖方土石方量以及隧道挖方量，還有附近河流中的砂卵石進(jìn)行填筑。

4.2 路基填料要求

路堤采用土質(zhì)或土石混合填料，按土質(zhì)路堤或土石路堤的填筑要求執(zhí)行。路堤分層填筑、采用機(jī)械分層壓實(shí)。一般情況下土質(zhì)路堤最大松鋪厚度不超過(guò)30 cm;土石路堤最大松鋪厚度不超過(guò)40 cm。當(dāng)石料含量超過(guò)70%時(shí)，應(yīng)先鋪筑大塊石料，且大面朝下，再鋪筑小塊石料、石渣找平，然后碾壓;填料粒徑應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

5 路基防護(hù)工程設(shè)計(jì)

路基防護(hù)以經(jīng)濟(jì)實(shí)用、與周?chē)h(huán)境協(xié)調(diào)且施工方便為原則，采取工程防護(hù)和植物防護(hù)相結(jié)合的防護(hù)措施。路基邊坡的坡率應(yīng)當(dāng)與當(dāng)?shù)氐匦蜗鄥f(xié)調(diào)，因地制宜、順勢(shì)而為，靈活自然、不宜采用單一的坡度，與自然融為一體，以減少人工痕跡。

在具體設(shè)計(jì)中，通常按照路基的高度確定采用哪種防護(hù)方式。對(duì)于高度不大于3 m 的填方邊坡、高度不大于3 m 的土質(zhì)或強(qiáng)風(fēng)化挖方邊坡采取直接噴播灌、草、花的方式;對(duì)于坡比不陡于1∶1;高度大于3 m 且不大于8 m 的填方或泥巖邊坡，采用掛三維網(wǎng)噴播灌草并穴植灌木、喬木的方式進(jìn)行生態(tài)防護(hù);填方邊坡高于8 m、挖方坡比不大于1∶0.75，但存在局部垮塌的土質(zhì)和泥巖邊坡可采用拱形骨架植被防護(hù)。

6 路基排水工程設(shè)計(jì)

在路基綜合排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，以及保證路基穩(wěn)定和減少水土流失以及盡量減少對(duì)沿線環(huán)境影響等角度出發(fā)，在路基兩側(cè)應(yīng)設(shè)置路側(cè)排水溝以及線外涵洞、急流槽等連通排水溝，盡量避免污水直接排入農(nóng)田、生活水源而造成對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源的污染和危害。通過(guò)設(shè)置各種通道、橋涵等構(gòu)造物，確保沿線的排水、灌溉體系的正常運(yùn)作。設(shè)計(jì)的總體原則如下:

(1)公路修筑后，盡量做到不干擾、不改變農(nóng)田原有的排灌系統(tǒng)，以確保農(nóng)業(yè)的正常生產(chǎn)。

(2)山坡下坡面方向，若對(duì)水質(zhì)無(wú)特別要求的山坡林帶草叢，不設(shè)置排水溝。

(3)為確保斜坡路段截水溝的施工可行性，截水溝均順等高線布設(shè)。

(4)路基排水溝與沿線通道、灌渠交叉產(chǎn)生干擾時(shí)，采取線外涵等立體交叉的排水形式，盡量做到不干擾、不破壞原有的排灌體系，同時(shí)避免路面污水直接排入農(nóng)田。

(5)為使排水通暢，便于維修、養(yǎng)護(hù)，路側(cè)排水溝、邊溝修筑材料均采用混凝土。

(6)在挖方路塹邊坡平臺(tái)上根據(jù)邊坡防護(hù)形式設(shè)置平臺(tái)排水溝，防止降雨對(duì)邊坡的沖蝕。

7 結(jié)論

(1)在高速公路設(shè)計(jì)中，應(yīng)采用人與自然相和諧的原則，把選線設(shè)計(jì)與路基環(huán)保設(shè)計(jì)理念融為一體。

(2)對(duì)公路工程路基設(shè)計(jì)的總體原則進(jìn)行了總結(jié)。

(3)對(duì)高速公路設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)的特殊路基設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分析，并根據(jù)具體工程提出了合理的建議。

(4)對(duì)路基的填料以及排水要求等設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了總結(jié)與分析。

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